JPH10322218A - 高密度データの記録／再生のための符号化／復号化方法及びその装置 - Google Patents

高密度データの記録／再生のための符号化／復号化方法及びその装置

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JPH10322218A
JPH10322218A JP9301143A JP30114397A JPH10322218A JP H10322218 A JPH10322218 A JP H10322218A JP 9301143 A JP9301143 A JP 9301143A JP 30114397 A JP30114397 A JP 30114397A JP H10322218 A JPH10322218 A JP H10322218A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度データの記録／再生のための符号化／
復号化方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 貯蔵機器または通信チャンネルにおいて
8 ビット２進データシンボルＸk,k ＝1,2,3 …,8を受取
って9 ビットのコードワードＹl,l ＝1,2,3…,9に符号
化する方法において、最大連続された状態遷移を所定の
回数に制限する状態遷移制限段階と、状態遷移制限段階
から状態遷移が制限されたコードワードのゼロランレン
グスを所定数に制限するゼロランレングス制限段階と、
２進データシンボルを状態遷移制限段階及びゼロランレ
ングス制限段階から選択されたコードワードでマッピン
グするマッピング段階とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高密度貯蔵機器にお
いてデータを記録／再生のための符号化／復号化方法及
びその装置に係り、特にPRML(Partial Response Maximu
m Likelihood) チャンネルに高密度データを記録／再生
するための符号化／復号化方法及びそれに適した装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】現代の情報化戦争に応じて貯蔵機器はさ
らに大きな記録密度を有するように要求されており、こ
のような流れに貯蔵機器に記録するデータを符号化して
記録密度を高めながら再生信号を検出しやすくする動き
が活発に進行されている。貯蔵機器は高密度で記録する
ほど与えられた大きさの貯蔵ディスクにさらに多くの情
報を効率よく記録、使用しうるので少ない冗長を与えて
記録密度を高め、信号検出を容易にして効果的な符号化
を可能にすることが貯蔵機器符号化の目的である。
【０００３】一般的に貯蔵機器に有用した符号化方法と
して(d、k)条件を満たすRLL(Run Length Limited) 方式
が使われるが、これはデータ信号のセルフクロッキング
(self-clocking) 特性を維持しながら信号検出のために
相互干渉を減らすにその目的がある。即ち、“1 ”と
“1 ”の間の連続される“0 ”の個数を最小d 個、最大
k 個に制限する符号化方法である。前者d は信号検出を
容易にするためのものであり、後者のk は再生信号を復
元するに当ってデータのタイミングのためのものであ
る。
【０００４】このような方式の中、最近用いられる符号
化方法としてはコード比(code rate)1/2(2、7)符号化方
法、コード比2/3(1 、7)符号化方法、コード比8/9(0 、
3)符号化方法、コード比8/9(0 、4/4)符号化方法などが
ある。コード比1/2(2 、7)符号化方法とコード比2/3(1
、7)符号化方法は’d ’値が各々’2 ’と’1 ’なの
で信号間の干渉を減らせる利点がある。反面、低いコー
ド比を有するため冗長(redundancy)が大きくて同量の使
用者データを伝送するために多くのビットを記録すべき
なので、8/9 RLL(0 、3)、8/9 RLL(0 、4/4)のようにコ
ード比の高い符号よりシンボル間の干渉をさらに多発さ
せる。
【０００５】変調コードを設計するにおける主要素は高
いコード比を有させることである。コード比の高い変調
コードの長所はチャンネル入力ＳＮ比を高め、少ない冗
長を有するのでデータ間の干渉を減らし、高密度記録を
可能にする。一般的に貯蔵機器に記録して再生する過程
でチャンネルを実際のチャンネルと類似にモデリングす
べきである。貯蔵機器のチャンネル特性は次の数学式1
のように表現しうる。
【０００６】
【数１】 PRML(Partial Response Maximum Likelihood) 方式は入
力信号をプリコーディング(precoding) して現在のデー
タと前のデータとの間に相互コントロールされたISI を
有するようにした後、ターゲット応答(target respons
e) を数学式2 のように変形してビタービデコーダ(iter
bi decoder)でデータを検出する。
【０００７】
【数２】 チャンネル特性がn ＝1 ほどの信号干渉を有する記録密
度においてPRML方法は非常に優秀な検出性能を示す。貯
蔵機器は高密度で記録するほどデータ間にISI(Inter Sy
mbol Interference)が激しくなる。このように高密度で
相互干渉を減らすためには状態遷移を減らしてISI を少
なく発生させる方法がある。このような概念の符号がRL
L(1 、7)符号であり、これはシンボル間に少なくとも１
つのゼロ(zero)を有するように符号化する方法である。
しかし、このRLL(1 、7)符号は状態遷移を制限する反
面、コード比が低いので同量の使用者データを伝送する
ためにはコード比が8/9 のRLL(0 、3)符号やRLL(0 、4/
4)符号より多くのビットを記録すべきなので、記録され
たデータ間の間隔が狭くなる。これにより、データ間の
干渉が増加して状態遷移を制限することにより得られる
利点を失うことになる。
【０００８】変調コードを設計するに最も重要なのは使
用者データ（２進データシンボル)がコードワードにマ
ッピングされる時、高いコード比を有させることであ
る。これはチャンネル入力ＳＮ比(Signal to Noise Rat
io) を高めるためである。また、コード比の高い符号は
低い符号よりデータ間の干渉を減らして非線形性を減少
させ、高密度記録を可能にする。
【０００９】前記のようにシンボル間干渉を減らす符号
化方法の中にはコード比を高める方法と状態遷移の間の
間隔をおく方法がある。しかし、この２種の方法は相殺
(trade off) 関係にある。即ち、コード比を犧牲にしな
いで、状態遷移の間に一定間隔以上は置けなく、かつ状
態遷移の間に間隔を保ちながらコード比を高めることは
できない。前記方法のうち状態遷移の間に間隔をおいて
シンボル間の干渉を減らそうとする概念の符号が2/3RLL
(1、7)符号である。
【００１０】その後、他の観点から符号を設計したのが
8/9RLL(0、3)符号、8/9RLL(0、4/4)符号である。このよ
うな符号化方法はコード比が高くて低いコード比を有す
る符号化方法より高いチャンネル入力ＳＮ比を有するよ
うにする。また、同量の使用者データを記録するために
低いコード比の符号化方法より小さいデータを記録して
もよいため、シンボル間の干渉を減らして非線形性を減
少させうる。
【００１１】しかし、次第にデータ貯蔵機器の記録密度
が増加する傾向下でシンボル間の干渉の問題はさらに深
刻になっている。このように、データ貯蔵機器の高密度
記録のために考案された符号化方法が最大状態遷移Run
(MTR)符号である。この符号化方法は2/3RLL(1、7)符号
の状態遷移間に少なくとも１サンプル以上の間隔で記録
する方法を若干許容して最大連続される状態遷移の数を
2 に制限して記録し、代りにチャンネル入力ＳＮ比に影
響を与えるコード比を向上させようとする概念の符号化
方法である。したがって、MTR 符号化方法はデータ貯蔵
機器の高密度記録に適した符号化方法である。
【００１２】しかし、貯蔵機器はさらに大きな記録密度
を有するように要求されており、このような流れに応じ
て従来のMTR 符号化方法よりシンボル間の干渉が少な
く、チャンネル入力信号／雑音比（SNR)に影響を与える
コード比率を高めることにより、高密度データの記録／
再生のための符号化／復号化が要求される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した要求
に相応するために創出されたものであって、PRMLチャン
ネルに適した高密度のデータ記録／再生可能な符号化方
法を提供するにその目的がする。本発明の他の目的は上
記の符号化方法に適する復号化方法を提供するにある。
【００１４】本発明のさらに他の目的は前記符号化／復
号化方法に適する装置を提供するにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による、貯蔵機器または通信チャンネルにお
いて8 ビット２進データシンボルＸk,k ＝1,2,3 …,8を
受取って9 ビットのコードワードＹl,l ＝1,2,3 …,9に
符号化する方法は、最大連続された状態遷移を所定の回
数に制限する状態遷移制限段階と、前記状態遷移制限段
階から状態遷移が制限されたコードワードのゼロランレ
ングスを所定数に制限するゼロランレングス制限段階
と、前記２進データシンボルを前記状態遷移制限段階及
び前記ゼロランレングス制限段階から選択されたコード
ワードでマッピングするマッピング段階とを含むことが
望ましい。
【００１６】本発明において、前記状態遷移制限段階は
連続される最大状態遷移を3 回以下に制限することを特
徴とする。本発明において、前記ゼロランレングス制限
段階はタイミングと利得制御のために最大7 以下に制限
することを特徴とする。本発明において、前記パターン
除去段階は前記8 ビットデータの最初の4 つのビットと
最後の4 つのビットを状態変化なく9 ビットコードワー
ドの最初と最後の4 つのビットと対応されるように分離
させる段階と、前記分離段階から9 ビットコードワード
の中間ビットが“ゼロ”かを判断する段階と、前記判断
段階の結果、“ゼロ”なら前記9 ビットコードワードの
前の4 ビットと後の4 ビットを各々同一な8 ビット２進
データにマッピングさせ、“ゼロ”でなければ8 ビット
データと最も類似した9 ビットコードワードを選択して
マッチングさせる段階とを含むことを特徴とする。
【００１７】前記他の目的を達成するための本発明によ
る、貯蔵機器または通信チャンネルにおいて所定の２進
シンボルを伝送または記録された信号を検出した９ビッ
トのコードワードを８ビットの２進データに復号化する
方法は、9 ビットのコードワードＹl,l ＝1,2,3 …,9を
受取って8 ビット２進データシンボルＸk,k ＝1,2,3…,
8を復号化することを特徴とする。
【００１８】前記さらに他の目的を達成するための本発
明による、符号化／復号化装置は最大連続された状態遷
移を３に制限する、前記状態遷移制限段階から状態遷移
が制限されたコードワードのゼロランレングスを７に制
限するゼロランレングス制限段階、そして前記２進デー
タシンボルを前記状態遷移制限段階及び前記ゼロランレ
ングス制限段階から選択されたコードワードでマッピン
グする段階を含む符号化方法により８ビットの２進入力
データを貯蔵機器のチャンネル特性に適するように9 ビ
ットのコードワードに変調して符号化する変調符号化部
と、前記変調符号化部から出力された変調されたデータ
から信号を発生させる信号発生部と、前記信号発生部か
ら出力された信号を予め補償する書込等化器と、前記書
込等化器から出力された信号を記録する貯蔵部から再生
された信号を検出しやすく処理する読出等化器と、前記
読出等化器から出力された信号からエラー確率が最小化
されるように信号を検出する検出部と、前記検出部から
出力された信号を9 ビットコードワードでグループ化
し、これを8 ビットの２進入力データに復調する変調復
号化部とを含むことが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明をさらに詳しく説明する。まず、本発明による変調コ
ード(modulation code) はMTR パラメータとk パラメー
タの2 個のパラメータにより表現される。即ち、MTR パ
ラメータはチャンネル出力コードビットシーケンスに最
大連続状態遷移を示し、本発明ではMTR ＝3値を有す
る。k パラメータは符号化されたシーケンスの最大ラン
レングスを示し、本発明ではk ＝7 値を有する。本発明
によるコードワードはディスクメモリ装置(disk memory
devices）のデジタルデータ磁気記録(digital data ma
gnetic recording) に使用するためのPRMLコード制限(c
onstrain) に関する。エンコーディングとデコーディン
グされるデータのためのコード制限(code constraint）
はML検出をするPR信号システム(signaling system)に適
用しうる。この発明によるコード比、MTR 、k パラメー
タの値は各々3 、7 である。
【００２０】本発明によるコード比8/9 最大連続状態遷
移3 符号はバイト中心(byte-oriented) の符号化方法で
あり、最小冗長(minimum redundancy)を有するので、高
密度データ貯蔵機器に適した符号化方法である。本発明
はコード比8/9 最大連続状態遷移を3 に制限するコード
のエンコーディングとデコーディングに対する最適化さ
れた入力と出力とのルックアップテーブル及び簡単化さ
せたコードワード生成関係式を提供することになる。
【００２１】図1 は高密度データの記録／再生のための
符号化／復号化システムの構成を示したブロック図であ
る。図1 に示したシステムの動作を説明すれば次の通り
である。貯蔵機器に記録される使用者データは圧縮部1
及びエラー訂正符号化部2 を経て符号化される過程でノ
イズやその他の多様な信号歪曲を引起こす要因に対した
免疫性を有することになる。その後に貯蔵機器のチャン
ネル特性に適するように変調符号化部3 で符号化され、
変調されたデータは信号発生器4 から信号を発生して書
込等化器5 で予め補償した後、チャンネルを構成するヘ
ッド／ディスクに記録される。ヘッド／ディスクに記録
された信号は再生されて信号を検出しやすく読出等化器
6 で処理された後、検出器7 からエラー確率が最小化さ
れるように信号を検出する。検出器7 を通して検出され
た信号は変調復号化部8 、エラー訂正復号化部9 、そし
て伸張部10を通して元の使用者データに復元される。
【００２２】図2 は本発明による最大連続状態遷移3 、
k ＝７コードワードを生成する符号化方法を説明するた
めの流れ図である。データ貯蔵機器において実際的にシ
ンボル間干渉に最も大きな影響を及ぼすのは状態遷移ru
n が2 のときであるため、本発明はこれより少ない比重
の状態遷移run3を許容する代わりに、既存のMTR 符号化
方法よりチャンネル入力ＳＮ比に影響を与えるコード比
を高めることにより、データの記録／再生を効率よく行
える。コード比が8/9 であり、最大連続状態遷移3 の本
発明の変調コードは高いコード比を有しながら、2/3RLL
(1、7)、MTR ＝２符号のようにビタビ検出器(Viterbide
tector)の経路(path)を減らして検出器の遅延と複雑性
(complexity)を減少させる。また、タイミングと利得制
御(gain control)のためにk 制約（constraint）が7 を
有するようにして信号のセルフクロッキング特性を保ち
ながら信号検出を容易にする。
【００２３】図2 に示された流れ図に基づき本発明を説
明すれば次の通りである。まず、最大状態遷移ラン(MT
R) の条件を満たすコードワードを生成する（ステップ
２００）。ここで、パラメータMTR ＝３、k ＝７を有す
る8 −ビット２進データシンボルから9 −ビットコード
ワードに一対一対応できるコードワード257個を提供す
る。したがって、8 ビットの全ての２進データシンボル
を9 ビットのコードワードにエンコーディングでき、ま
たデコーディングもできる。
【００２４】本発明では特別な8 ビット２進データシン
ボルと9 ビットコードワードへの対応法を導いてリード
バックワード対称(read backward symmetry)を保たせ、
分割(partition) を通して9 ビットのコードワードが8
ビットのデータと類似した構造を有するようにする。分
割は8 ビット２進データと9 ビットコードワードとの全
体的な一対一対応を簡単にしてエンコーダ／デコーダの
複雑性を減らすためのことである。
【００２５】中間ビット、即ち９ビットコードワードの
５番目のビットが１なら、コードワード割当の分割は８
ビットデータバイトの前後のビットが変化なく９ビット
コードワードの前後の４ビットに各々マッピングされう
る８ビットデータバイトのセットを含む。異なる場合に
は９ビットコードワードは図4 のように８ビットデータ
にマッピングされる。Y がコード比8/9MTR＝３：k ＝７
の9 ビットコードワードとすればY は次の数学式3 のよ
うである。
【００２６】
【数３】 ここで、コード比8/9 とパラメータMTR ＝３の制限を満
たすコードワードのグループは全体コーディングされた
シーケンスでコードワードの片方の左側端に連続される
状態遷移が2 以上か、または右側に3 以上の連続状態遷
移run を有したり、コードワード内に4 以上の連続状態
遷移を有する9 ビットシーケンスを除去することにより
生成されうる。このようなMTR ＝３制限は次の数学式4
のようなboolean 関係式で与えられる。
【００２７】
【数４】 最大連続“ゼロ”K ＝７を満たすコードワードを生成す
る（ステップ２０２）。ここで、k 制限は全てのシーケ
ンスに対して左側端に連続される“ゼロ”の個数が5 以
上か、または右側端に4 以上の“ゼロ”ランレングスを
有したり9 ビットコードワード内に８以上の“ゼロ”ラ
ンレングスを有するコードワードを除去し、次の数学式
5 により表現される。
【００２８】
【数５】 数学式4 を満たす9 ビットの有効なコードワードは293
個であり、最終的に数学式3 と数学式4 を同時に満たす
9 ビットコードワードは257 個である。したがって、1
個の余分なコードワードのみが存在するため効率が高
い。この余分なコードワードは所望しないコードワード
パターンを除去するための手段やエラー検出及び他の特
別な目的としても使用しうる。
【００２９】５番目のビット（Ｙ5 ）の値が“ゼロ”な
のかを判断する（ステップ２０４）。ここで、9 ビット
コードワードと入力8 ビット２進データシンボルとの間
に規則性を与えるための方法として分割という方法を使
う。まず、8 ビットデータの最初の4 個のビットと最後
の4 個のビットが9 ビットコードワードの最初と最後の
4 個のビットにそのまま変化なくマッピングされる。こ
のような分割で9 ビットコードワードの中間ビット、即
ち5 番目のビットは0 なら数学式4 と数学式5を満たす9
ビットコードワードのうちコードワードの中間ビット
が“0 ”の値を有するコードワードは中間ビットを除け
たビットパターンが同一な8 ビット２進データシンボル
とマッピングさせる（ステップ２０６）。このように8
ビット２進データシンボルと9 ビットコードワードの対
称性を用いた分割により区分される8 ビット２進データ
シンボルと9 ビットコードワードの対は143 個である。
【００３０】しかし、ステップ２０４の結果、5 番目の
ビットが“0 ”でなければ、8 ビット２進データシンボ
ルと最も類似した9 ビットコードワードを選択する（ス
テップ２０８）。即ち、ステップ２０８はステップ２０
４の結果からマッピングが除外された残り8 ビット２進
データシンボルを9 ビットコードワードとマッピングさ
せる過程である。即ち、(257-143) 個の中間ビットが
“1 ”の9 ビットコードワードのうちエンコーダとデコ
ーダの複雑性を減らすため8 ビット２進データシンボル
と最も類似した9 ビットコードワードを選択する。
【００３１】ルックアップテーブル(Look-up table) を
作成し、カルノー図(Karnough Map)で簡単化する（ステ
ップ２１０）。図3 は図2 で得られたコード比8/9 最大
連続状態遷移＝３：k ＝７のコードワードを10進数フォ
ームで示した図面である。図４〜図６は8 ビットデータ
シンボルと9 ビットコードワードとの間のルックアップ
テーブルを示した図面である。
【００３２】本発明の符号化方法により生成された変調
コードは頻繁なノンゼロサンプルを提供してチャンネル
のタイミングと利得制御回路(gain control circuit)
の性能を向上させる。また、ビタビ検出器が処理する過
程の経路を減少させてML検出器の複雑性を制限する。
【００３３】
【発明の効果】前述したように本発明の符号化方法によ
る8/9 最大連続状態遷移3 の符号は高いコード比を有し
ながら、2/3RLL(1、7)、MTR ＝２符号のようにビタビ検
出器の経路を減らして検出器の遅延と複雑性を減少させ
る。また、タイミングと利得制御のためにk の制限が7
を有するようにして信号のセルフクロッキング特性を保
ちながら信号検出を容易にする効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】高密度データの記録／再生のための符号化／復
号化装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明によるコード比8/9 、MTR ＝３、K ＝７
符号を生成する方法を説明するための流れ図である。
【図３】図2 で得られた8/9MTR＝３、k ＝７符号を十進
数フォームで示したものである。
【図４】8 ビットデータシンボルと9 ビットコードワー
ドとの間のルックアップテーブルを示したものである。
【図５】8 ビットデータシンボルと9 ビットコードワー
ドとの間のルックアップテーブルを示したものである。
【図６】8 ビットデータシンボルと9 ビットコードワー
ドとの間のルックアップテーブルを示したものである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 貯蔵機器または通信チャンネルにおいて
    8 ビット２進データシンボルＸk,k ＝1,2,3 …,8を受取
    って9 ビットのコードワードＹl,l ＝1,2,3…,9に符号
    化する方法において、 最大連続された状態遷移を所定の回数に制限する状態遷
    移制限段階と、 前記状態遷移制限段階から状態遷移が制限されたコード
    ワードのゼロランレングスを所定数に制限するゼロラン
    レングス制限段階と、 前記２進データシンボルを前記状態遷移制限段階及び前
    記ゼロランレングス制限段階から選択されたコードワー
    ドでマッピングするマッピング段階とを含む符号化方
    法。
  2. 【請求項２】 前記状態遷移制限段階は連続される最大
    状態遷移を3 回以下に制限することを特徴とする請求項
    １に記載の符号化方法。
  3. 【請求項３】 前記ゼロランレングス制限段階はタイミ
    ングと利得制御のために最大7 以下に制限することを特
    徴とする請求項１に記載の符号化方法。
  4. 【請求項４】 前記マッピング段階は、 前記8 ビットデータの最初の4 つのビットと最後の4 つ
    のビットを状態変化なく9 ビットコードワードの最初と
    最後の4 つのビットと対応されるように分離させる分離
    段階と、 前記分離段階から9 ビットコードワードの中間ビットが
    “ゼロ”かを判断する判断段階と、 前記判断段階の結果、“ゼロ”なら前記9 ビットコード
    ワードの前の4 ビットと後の4 ビットを各々同一な8 ビ
    ット２進データにマッピングさせ、“ゼロ”でなければ
    8 ビットデータと最も類似した9 ビットコードワードを
    選択してマッチングさせる段階とを含むことを特徴とす
    る請求項１に記載の符号化方法。
  5. 【請求項５】 貯蔵機器または通信チャンネルにおいて
    9 ビットのコードワードＹl,l ＝1,2,3 …,9を受取って
    8 ビット２進データシンボルＸk,k ＝1,2,3…,8を復号
    化することを特徴とする復号化方法。
  6. 【請求項６】 最大連続された状態遷移を３に制限す
    る、前記状態遷移制限段階から状態遷移が制限されたコ
    ードワードのゼロランレングスを７に制限するゼロラン
    レングス制限段階、そして前記２進データシンボルを前
    記状態遷移制限段階及び前記ゼロランレングス制限段階
    から選択されたコードワードでマッピングする段階を含
    む符号化方法により8 ビットの２進入力データを貯蔵機
    器のチャンネル特性に適するように9 ビットのコードワ
    ードに変調して符号化する変調符号化部と、 前記変調符号化部から出力された変調されたデータから
    信号を発生させる信号発生部と、 前記信号発生部から出力された信号を予め補償する書込
    等化器と、 前記書込等化器から出力された信号を記録する貯蔵部か
    ら再生された信号を検出しやすく処理する読出等化器
    と、 前記読出等化器から出力された信号からエラー確率が最
    小化されるように信号を検出する検出部と、 前記検出部から出力された信号を9 ビットコードワード
    でグループ化し、これを8 ビットの２進入力データに復
    調する変調復号化部とを含む符号化／復号化装置。
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